Расчет станины на жесткость

В тонколистовых станах горячей и холодной прокатки имеет значение не только прочность, но также и жесткость станины (то есть величина ее деформации при прокатке). Вертикальная деформация станины равна:

,

где f₁ — деформация поперечины от изгибающего момента; f₂ — деформация поперечины от действия перерезывающих сил; f₃ — удлинение стойки.

По теореме Кастильяно

,

Рисунок 10 – Схема к расчету поперечины на жесткость.

ИЗ рисунка 10 видно, что , тогда ,

.

,

где k — коэффициент формы сечения, для сечения прямоугольной формы k=1.2; G — модуль сдвига.

Но

, ,

тогда

.

Удлинение стойки

.

Величина общей деформации составляет для станов холодной прокатки не более 0.3¸0.5 мм, а для станов горячей прокатки 0.5¸1 мм.

4.3. Подшипники валков прокатных станов

Для прокатных станов применяют подшипники следующих типов:

открытые подшипники скольжения с неметаллическими вкладышами; закрытые подшипники жидкостного трения (ПЖТ); подшипники качения.

Известны три основные вида трения при скольжении (рисунок 10): сухое; полусухое (граничное); жидкостное.

При сухом трении поверхности контактируемых тел соприкасаются друг относительно друга при отсутствии смазки. Коэффициент трения и зависит от шероховатости поверхностей и температуры. Такой вид трения не может присутствовать в подшипниках и проявляется в аварийных ситуациях при прекращении подачи смазки в трущийся узел.

При полусухом (граничном) трении между контактируемыми телами имеется слой смазки, однако имеет место и контакт шероховатостей между собой. Коэффициент трения . Этот вид трения имеет место в большинстве подшипников скольжения.

Рисунок 10– Виды трения скольжения

Жидкостное трение возникает при отсутствии контакта шероховатостей трущихся тел, разделенных между собой тонким слоем смазки. Коэффициент трения при жидкостном трении и определяется сопротивлением внутреннего сдвига слоев смазки, которое зависит в первую очередь от ее вязкости. При этом отсутствует износ контактируемых деталей.

4.3.1. Подшипники скольжения

Подшипники скольжения валков прокатных станов работают при нагрузках значительно превышающих нагрузки машин общего машиностроения. Так удельное давление достигает р = 21-470мПа, а удельная работа трения рv=42-235мПа*м/с. Для общего машиностроения р = 9мПа, рv =10мПа*м/с. То есть в прокатных станах нагрузки на подшипники в 4-10 раз больше.

Наибольшее применения для подшипников скольжения нашли цельноштампованные вкладыши, изготовленные из текстолита. Текстолит представляет материал, состоящий из наполнителя в виде хлопчатобумажной ткани, уложенной правильными слоями, пропитанных синтетической смолой резольного типа. Особенностью текстолита является то, что для его смазки и охлаждения используется вода, при этом коэффициент трения скольжения составляет 0,004-0,006. Ввиду низкой теплопроводности текстолита, его работа возможна только при интенсивном отводе тепла. Расход воды на 1 квадратный метр опорной поверхности подшипника составляет 10куб. метров в минуту, что обеспечивает его температуру 60-80 градусов. Узел подушек с цельноштампованными вкладышами представлен на рисунке 11.

1-вкладыш; 2- кассета; 3-болты; 4-фланец; 5- подвеска; 6-вкладыш; 7-крышка; 8- сменная прокладка; 9- проушина.

Рисунок 11 – Установка подшипников скольжения с текстолитовыми вкладышами.

Вкладыши установлены в стальных кассетах, находящихся в подушках.

Кассеты имеют заплечики, которые болтами прикрепляются к подушкам и с помощью которых производится осевая регулировка валка.

Для поддержки валка в период отсутствия усилия прокатки, у верхней подушки имеется подвеска с установленным в ней текстолитовым вкладышем. В подушке, кассете и вкладыше имеются отверстия для подвода воды и густой смазки.

4.3.2. Классификация и принцип действия подшипника жидкостного трения

Подшипники жидкостного трения нашли широкое применение на нереверсивных прокатных станах. Различают три вида подшипников жидкостного трения:

1.гидродинамические;

2. гидростатические;

3. гидростатодинамические.

Принцип действия гидродинамического подшипника жидкостного трения заключается в следующем: при вращении цапфы смазка, подаваемая под давлением 0,1-0,2 мПа, затягивается в суживающий зазор между цапфой и втулкой (рисунок 10), создается масляный клин с давлением жидкости в нем 10- 20 мПа и который заставляет всплыть цапфу, преодолев внешнюю нагрузку. При этом величина минимального зазора в масляном клине должна быть такой, чтобы шероховатости цапфы и втулки не соприкасались между собой. В период покоя цапфа лежит на вкладыше, смазка между контактируемыми деталями практически отсутствует. В начале вращения цапфы она как бы перекатывается по вкладышу, имеет место граничное трение скольжения. Этот период соответствует наибольшему износу подшипника. Жидкостное трение возникает, когда усилие со стороны масляного клина преодолеет внешнюю нагрузку. Поэтому, если перед началом вращения цапфы под нее подвести смазку с давлением способным преодолеть внешнюю нагрузку, то цапфа как бы всплывает и вращение будет происходить при наличии жидкостного трения. Для этой цели в нижней части вкладыша изготавливают масляный карман, к которому подводится смазка под давлением 10-20мПа. Такой подшипник называется гидростатическим.

Однако работа такого подшипника связана с высокими затратами по его эксплуатации, связанными с поддержанием высокого давления.

У гидростатодинамических подшипников имеется две системы для подачи смазки в подшипник: высокого давления – для периода запуска и низкого – периода стабильного вращения, когда создается гидродинамический эффект. Такие подшипники могут найти применение и на реверсивных прокатных станах.

4.3.3. Устройство подшипника жидкостного трения

Основными деталями ПЖТ (рисунок12) являются втулка-цапфа и втулка-вкладыш. Они обрабатываются по 1 классу точности и 10-12 классу чистоты поверхностей. Поверхность втулки-вкладыша выполнена с заливкой слоем баббита марки Б83 толщиной 3-5мм. Для восприятия осевых усилий со стороны валка втулка цапфа имеет кольцевой бурт также наплавленный баббитом.

1- втулка-вкладыш; 2- масляный карман; 3-бурт валка; 4- станина клети; 5- втулка-цапфа; 6-кольцевой бурт; 7- гайка; 8- полукольца; 9-крышка; 10-кольцо; 11-крышка.

Рисунок 12 - Подшипник жидкостного трения.

Крепление втулки-цапфы на шейке валка производится двумя резьбовыми полукольцами, установленными в кольцевой паз, и гайкой, которая соединяет полукольца между собой. С обоих сторон подушка валка с установленным в ней ПЖТ уплотняется радиальными и торцевым уплотнениями, позволяющими производить замену валка без разборки подшипника. В подушке валка и втулке вкладыше имеются отверстия для подвода и отвода смазки. При правильной эксплуатации срок службы ПЖТ составляет 50-100 тыс. часов.

4.3.4. Выбор подшипника жидкостного трения

Выбору подшипника жидкостного трения предшествует определение геометрических размеров шейки валка, нагрузки, действующей на подшипник, скорости вращения и сорта применяемой смазки.

Грузоподъемность ПЖТ можно определить по формуле [8]:

Подшипники жидкостного трения являются стандартными изделиями и выбор их определяется исходя из размеров шейки валка. По заданной нагрузке и скорости вращения цапфы задача проверки его работоспособности при заданной вязкости масла сводится к определению минимального зазора h_hminв в масляном клине и номинального радиального зазора δ по номограммам для каждого подшипника (рисунок 13). Наиболее устойчиво ПЖТ работает при соотношениях

Обозначив - условный коэффициент грузоподъемности ПЖТ, 1⁄м² , задав диапозон , выбирается рекомендуемая рабочая область радиального зазора δ и h_hminв. Обычно .

0 50 100 150 200 δ, мкм

Рисунок 13– Кривые грузоподъемности подшипника жидкостного трения

4.3 5. Подшипники качения

Подшипники качения (рисунок 14) широко применяют как для станов холодной, так и горячей прокатки. В связи с весьма высокими нагрузками, действующими на подшипники, исключительно применяют четырехрядные роликовые подшипники с цилиндрическими и коническими роликами. Подшипники изготавливаются по специальным заказам, при этом соотношение диаметров наружнего и внутреннего колец принимается минимально возможным для уменьшения габаритов подушки и размеров окна станины. Крепление внутреннего кольца подшипника на шейке валка производится двумя резьбовыми полукольцами, устанавливаемыми в проточку шейки валка. В свою очередь на них навинчивается упорная гайка, которая фиксирует внутреннее кольцо. Наружные кольца подшипника с установленными между ними дистанционными кольцами, фиксируются наружным кольцом и его крепежными болтами. Со стороны бочки валка подшипниковый узел герметизируется уплотнением, а с противоположной стороны – крышкой.

1-кольцо упорное; 2- кольцо распорное; 3-гайка; 4-полукольца

Рисунок 14- Установка подшипника качения на шейке валка.